大咖聊写作：唐本忠院士告诉你如何写出高质量论文

2022-10-21 05:10

论文是科研工作的核心部分。在本篇Matter of Opinion中，唐本忠院士团队根据研究经验和方法，与大家分享如何准备高质量的文章。

科学论文在方法论、知识收集以及社会演进的价值中发挥着不可或缺的作用。大多数科学家都强烈地希望为他们的领域发展做出贡献，发表论文通常是做出这种贡献最直接，也是最传统的方式，这也与他们的职业生涯密切相关。科学论文不仅是对原始研究成果的系统总结，也是与科学界甚至公众交流观点和想法的平台。因此，准备一份高质量的手稿对科学家和研究人员来说是非常有动力的。为了更直观向大家展示论文写作中需要注意的事项，Matter邀请了来自全球的数位顶级科学家分享关于文论写作的心得体会，希望可以对各位年轻的读者有所启发。后续的Matter of Opinion会在今年剩下的几期中陆续刊出，本公众号也会持续为大家推送，欢迎关注“Cell Press大咖聊写作”（点击查看）系列。

对于论文来说，首要的就是它所体现的科学价值，这决定了其质量。此外，高质量的手稿需要具有可读性，从而促进不同研究领域的读者对其学术意义的透彻理解。对于普通读者来说，如果以沉闷和不合逻辑的格式来展示一篇科学文章，它将更加难以理解。以贝多芬和他的世界著名的C小调第五交响曲（也称为命运交响曲）为例，如果初学者演奏交响乐，观众很难充分理解其深刻的内涵，就像具有重大科学价值的工作因其写作问题而被忽视一样。更重要的是，无论论文写得多么精致，如果它缺乏学术意义，那就是华而不实。因此，在一篇研究论文中，内在的科学价值和外在的可读性是相辅相成的——可读性服务于科学价值。

在本文中，我们将根据研究经验分享我们对准备高质量手稿的意见、建议和具体方法。我们希望它能提供一些指导，特别是对早期职业科学家和年轻研究人员。

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赋予论文科学价值

具有深远影响的研究工作发现了新事物，并弄清了这些东西是如何运作的。我们认为，可以通过抓住意想不到的现象、弄清现象背后的通用工作机制或将高科技应用到不同的领域来获得科学价值。一些期刊喜欢给它贴上“新颖”的标签。

实验室每天都会生成各种数据。我们应该试着从那些看似微不足道的结果中识别出重要问题，特别是抓住“奇怪”现象。如果发现与主流范式相冲突，我们应该毫不犹豫地弄清楚，因为这可以为构建概念上的新框架提供黄金机会。我们将以聚集诱导发光（AIE）研究为例进一步阐述。2001年，随着有机发光二极管（OLED）的快速发展，我们致力于设计和合成高效和结构新颖的新发光体。噻咯是一种含硅的杂环化合物，由于其具有艺术上令人愉悦的分子结构，而进入到我们的视线。在净化产物时，我们发现稀释溶液中的噻咯分子在光激发下根本没有发光。然而，当我们将溶液滴在薄层色谱板上并去除有机溶剂时，它发出明亮的绿光。我们立即被这种看似不寻常的现象所吸引，因为它与当时光物理研究的普遍信念相矛盾：有机分子在形成聚集体时具有弱发光性或非发光性，这种效应被称为“聚集荧光淬灭”（ACQ）。我们参考了许多论文和书籍，没有发现线索，我们认为当时这种奇怪的现象是前所未有的。经过仔细验证，我们确认了观察到的内容，并发布了AIE的新概念（图1）。

图1. AIE现象的观察，即新颖性方面的科学价值

更戏剧性的是，在2018年，我们发现AIE现象并不完全是新的。据我们所知，关于类似现象的最早报告可以追溯到George Stokes在1853年写的一篇论文。他提到，一些氰化铂盐仅在固态下发光，但它们的溶液看起来和水一样，当时学术界没有注意到这一点。因此，我们碰巧重现了一种古老但在很大程度上被忽视的现象。幸运的是，我们抓住了转瞬即逝的时刻，站在巨人的肩膀上进行了更深的探索。当我们回顾过去时，更多的人可能会在我们前面观察到类似的现象，当时的研究人员使用噻咯作为OLED制造的固态发光体，但他们没有跟进这个研究。我们与他人的区别在于我们对这一现象的深刻思考和对这个过程的系统研究。在ACQ时代，研究人员坚持反对聚集，因为聚集被认为不利于所需的发光。然而，在AIE概念提出后，聚集逐渐成为有机发光材料的追求和研究重点。伴随着这种观点的转变，研究哲学也发生了从还原论到涌现论的范式转变。在撰写本文时，我们2001年发表的经典AIE论文已被引用超过5000次，开启并推动了一个新的研究领域。

我们很幸运在实验室里观察到了一个相当奇怪的现象，但我们也花时间探索了正确的基本问题。除了AIE，许多科学研究领域都是通过观察现象建立的，包括受浴缸启发的阿基米德原理和D. Shechtman提出的准晶体概念。因此，从常规实验中捕捉意想不到的现象很重要。尝试仔细和深入思考，大胆而广泛地探索，即使它与现有的范式相冲突，这样做的回报也可能是巨大的：概念框架的建立在该领域引起了巨大的飞跃。

在研究工作中，特别关注意想不到的现象至关重要，但有影响力的科学研究不会止步于观察阶段。正如Larry Laudan曾经说的那样，如果我们不能确定一个理论是否正确，那么追求真理就是不理性的。在这方面，一份解开谜团或弄清楚机制的研究论文也被认为具有科学价值。

虽然不寻常的光物理现象非常吸引人，但我们也在试图挖掘AIE概念背后的原因。噻咯分子具有六个芳香转子的柔性构象。我们假设当噻咯分子分散在稀释溶液中时，转子倾向于在光激发下自由移动，这促进了非辐射衰变途径，导致发光淬灭，而聚集可以僵化激发态分子内运动，通过阻断竞争性非辐射衰变来实现发光。提出理性假设是第一步。接下来是将这些猜想与实验现象联系起来。诺贝尔奖获得者Hannes Alfvén也曾表示：“我们必须再次认识到，不与实验接触的科学，很可能完全成为误入猜想的事业。”因此，牢记这个限制分子内运动（RIM）的大胆假设，我们努力谨慎地验证它。在头脑风暴后，设计了许多复杂的实验，包括改变外部物理环境和修改AIEgens的内在化学结构。随着对AIE的更深入理解和更先进的分析方法，我们仍在研究其工作机制，实现对它的理解。破译一种机制就像挖井一样：你挖得越深，你得到的泉水就越多。

在验证假设的过程中，反馈并不总是积极的。但这些努力并没有浪费，因为试错过程可以加深我们对这些问题和谜团的理解，并最终促进科学上合理的机制。如Karl Popper所说，正是在试探性理论（猜想）和错误消除（反驳）之间的相互作用中，科学知识向越来越大的问题前进。因此，尽管提出和验证一种新机制通常需要很长时间和巨大的努力，但不要害怕或迟疑，因为解决问题和阐明机制的论文不仅具有科学意义，而且推动了该领域的进一步发展。

一旦用统一的理论解开谜团，该理论可能会开辟新天地，扩展到新的领域。它将使我们能够开发新技术，解决实际问题，促进应用和发明创造。正如Edward Teller所说：“今天的科学就是明天的技术。”虽然目前科学研究并不总是引起“有用的应用”，但“实用”研究往往针对广泛的受众。基于RIM机制，我们合理地设计和开发了许多在生物学、光电子学和化学传感器中具有不同潜在应用的AIEgen。

赋予手稿可读性

为了向他人展示我们的研究成果，并与广泛的受众分享我们的想法，在生成令人兴奋和有价值的实验数据后，我们将开始准备论文。以可读性为中心，根据我们小组的做法，我们建议在数据组织和分析方面投入更多精力，而不是写作。

在撰写论文之前，我们将进行几轮讨论，讨论不仅限于导师（图2）。我们强烈鼓励实验室内外的合作，因为我们相信“一个人走得更快，但一群人走得更远。”首先，作者应该以幻灯片的形式将实验数据总结为图片（包括表格、方案和图表）。然后，在与导师沟通之前，在合作者之间进行预先讨论，对手稿进行合理的组织。我们小组的讨论通常采用一对多的模式，即一名导师和几个学生。跨学科讨论将帮助我们从不同角度思考和检查该项目，因为我们相信“三个臭皮匠，赛过诸葛亮”。导师扮演的最重要角色是从众多数据中找到最亮眼的部分。在讨论过程中，我们将首先检查所有细节，确保数据的可靠性、可重现性和准确性。我们鼓励争论和批判性思维。在此过程中，通常会设计额外的实验，使提出的概念/机制更加合理和可靠。激烈的讨论甚至可以催生新的研究项目。这种讨论可能需要几天时间。在最后一轮讨论中，当所有数据都得到确认时，就可以确定大纲了。

图2. 唐院士小组的讨论

在我们小组中，手稿大纲以图片的形式组织。我们组非常重视图片组织。许多读者在浏览文章时可能没有足够的时间浏览全部内容，而只浏览图片。在这方面，图片是手稿最直接的展示。我们应该始终牢记，我们正在为读者组织图片，而不是为自己组织图片。这些图片应该不言自明，并提供足够的信息。在这里，不言自明要求图片清晰易懂，不需要任何额外的信息或解释，而足够的信息意味着“没有什么可补充的，也没有什么可删除的”，让读者根据足够的数据抓住要点。按照逻辑顺序组织图片内容也很重要。在一个图片中，信息应该从左到右，从上到下显示。在排列图片之间的顺序时，我们将考虑它是否应该遵守大纲并确定故事情节，以及每个图片如何做出贡献。

另外，我们还需要注意一些额外的要点。清晰的布局和高对比度总是首选，例如，明亮的颜色不适合白色背景。图片（单列或双列宽度）需要适当的尺寸，图片中的字也需要适当的尺寸。只有更重要的关键字以粗体显示，通常使用斜体表示参数。对于同一类型的图形，最好使用统一的模板和样式。

确定数字和大纲后，随后将讨论介绍部分。

井然有序的介绍可以让读者更好地了解我们工作的范围、动机和潜在影响。论文的介绍部分通常由三个部分组成：建立背景（研究领域是关于什么的，为什么这个领域很重要，在这一领域已经取得了什么成就）；指出差距（提出该领域的问题或挑战，说明现有的解决方案及其局限性）；以及提出我们的方法（概述目的并介绍我们的工作，强调我们在这个项目中取得的焦点或突破，总结结果）。然后是标题，一个理想的标题是信息丰富的，包括一般信息（告诉读者已经做了什么）和引人注目的信息（表明本工作中的亮点）。当框架建立时，填写文本就要容易得多了，就像建造摩天大楼一样。

结论

高质量的论文需要精心准备。在这篇文章中，我们以AIE研究为例，分享了关于如何提高科学价值的准则，科学价值是论文的核心。一旦确定了核心概念，就可以研究可读性。我们强烈鼓励讨论，因为每个合作者的投入都可以整合，在此过程中，可以将实验数据确定，并从多个角度对研究项目有了更深入的了解。讨论还有助于我们从逻辑上组织论文。此外，还介绍了我们小组的数据组织和论文起草方法。我们希望这篇文章能为大家提供指导，特别是为刚刚参与科学研究的学生和年轻研究人员。